三個焙烤溫度焦香麥芽焙烤過程的L*a*b*變化

郝俊光，莫小丹，陳靜*，邱彥興

1(欽州市特色果蔬發(fā)酵重點實驗室(北部灣大學)，廣西 欽州，535011) 2(北部灣大學 食品工程學院，廣西 欽州，535011) 3(廣西聚鑫麥芽有限公司，廣西 防城港，538000)

悅?cè)说纳珴墒莾?yōu)質(zhì)啤酒的一個商品特性，不同類型的啤酒顏色特征不一樣[1-2]。啤酒顏色源自麥芽和麥汁制備過程的熱過程以及多酚類物質(zhì)的氧化[1-4]，而麥芽制作過程中非酶褐變(包括焦糖化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)以及熱裂解反應(yīng))的不同是決定啤酒色澤豐富多彩的主要原因[2,5-7]。深色啤酒的顏色則主要受特色麥芽的影響[2,4,7]，特色麥芽的顏色主要取決于美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的組成[8]。特色麥芽不僅影響啤酒的顏色[4,9-11]，還影響啤酒的抗氧化性[10-13]、風味[11,14]、泡沫[15]、黃腐酚[16]等，這都與美拉德反應(yīng)密切相關(guān)[17-18]。美拉德反應(yīng)極其復(fù)雜[19-20]，近期出現(xiàn)了啤酒中基于吡咯素等與顏色相關(guān)的美拉德初級產(chǎn)物定量的報道[16]。

啤酒行業(yè)多采用EBC、SRM方法表征啤酒色度[5]，該法簡便、易操作。單波長色度檢測存在一定的缺陷，引發(fā)了用多波長檢測進行顏色評價的探討[4,21]。SMEDLEY等[22]將CIELAB顏色體系引入到啤酒顏色的評價中，并逐漸加以應(yīng)用[2,4-7,21]；程浩等[23]將偏色度方法引入到了啤酒色彩評價。于1976年修正出的CIEL*a*b*是公認的描述視覺顏色完備的色彩模型[21-22,24]。

焦香麥芽是一個重要的特色麥芽品系，由綠麥芽或復(fù)水后的淺色麥芽糖化后經(jīng)100～160 ℃焙烤而得[7]。隨著精釀的發(fā)展，高特種麥芽配方啤酒和不同色彩水果啤酒的興起，對顏色配方的選擇提出了更高的需求[25-26]，而利用CIEL*a*b*對焦香麥芽進行的研究較少[1-2]。COGHE等跟蹤了多個焙烤條件下焦香麥芽L*a*b*變化趨勢[6,8,10,17]。李東東等利用L*a*b*確定出鮮亮紅啤酒對應(yīng)的a*/b*的范圍[27]。在啤酒工業(yè)中，特色麥芽的消耗量占總麥芽的5%，而焦香麥芽10%的配方在實際生產(chǎn)中較為常用[12,28]。為更好地理解焦香麥芽低溫焙烤過程中顏色的變化規(guī)律，探討基于顏色配方的焦香麥芽選擇的指導(dǎo)方式，對比了焦香麥芽質(zhì)量分數(shù)配比50%的協(xié)定法麥汁、10%的協(xié)定法麥汁以及10%的65 ℃糖化麥汁及其煮沸過程的顏色變化。

1 材料與方法

1.1 材料

澳麥La Trobe淺色基礎(chǔ)麥芽，廣東永順泰麥芽有限公司。麥芽指標：色度4.2 EBC，煮沸色度7.8 EBC，水分4.6%(質(zhì)量分數(shù)，下同)，脆度80.7%，浸出率78.8%。青島大花(α-酸5.7%)，玉門拓璞科技有限公司提供；Ale啤酒酵母(BA-02)，本實驗室保藏菌種。

1.2 儀器與設(shè)備

2550100多功能轉(zhuǎn)鼓式電炒貨機，浙江省瑞安市冠勝機械廠；UV-1800紫外可見光分光光度計，蘇州島津儀器有限公司； DK-98-II電熱恒溫水浴鍋，天津泰斯特儀器有限公司； WYT-J手持式折光儀，成都豪創(chuàng)光電儀器有限公司；H1850高速離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；HE53水分測定儀、ME204E電子天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司； BGT-8A 協(xié)定糖化儀，日本Bioer公司；立式壓力蒸汽滅菌器，上海實驗儀器有限公司; HD-3508電磁爐，中山市奧特萊斯電器有限公司; INNOVA 4低溫培養(yǎng)箱, 上海巴玖實業(yè)有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 焦香麥芽的制備工藝[11,17]

1.3.1.1 工藝流程

基礎(chǔ)麥芽→浸麥→瀝干→麥粒糖化→排潮→焙烤著色→取樣冷卻

1.3.1.2 麥芽制備要點

(1)浸麥：稱取7 kg基礎(chǔ)麥芽，洗凈，浸泡于35 ℃溫水中保溫10 h至水份達到46%～47%。

(2)瀝干：將浸泡好的麥芽取出，放入有假底的不銹鋼容器中，攤勻，瀝干至表面無水。

(3)麥粒糖化：將瀝干的麥芽放入轉(zhuǎn)鼓式炒貨機，緩慢升溫至68 ℃，保溫1.5 h，此過程中麥粒里發(fā)生了類似麥汁糖化過程的生化反應(yīng)。

(4)排潮：將麥層溫度升至90 ℃排潮1 h，水份控制在33%～35%。

(5)焙烤：快速升溫到115、120、125 ℃進行旋轉(zhuǎn)焙烤，轉(zhuǎn)速18 r/min，焙烤120 min。

(6)取樣與冷卻：分別在糖化結(jié)束、排潮結(jié)束、焙烤過程定時取麥芽250 g，晾涼備用，進行3次平行。

1.3.2 焦香麥芽質(zhì)量分數(shù)配比50%和10%協(xié)定法麥汁的糖化

為對比美國釀造化學家學會(The American Society of Brewing Chemists，ASBC)建議的質(zhì)量分數(shù)50%焦香麥芽配比的協(xié)定法麥汁與生產(chǎn)常用配比10%協(xié)定法麥汁所反映的焦香麥芽低溫焙烤過程的顏色變化趨勢的差異，將焦香麥芽制備過程的樣品和基礎(chǔ)麥芽粉碎，按比例稱取，利用協(xié)定糖化儀在45 ℃條件下根據(jù)ASBC建議的協(xié)定法制備麥汁[11,17]，分別獲得質(zhì)量分數(shù)50%和10%的協(xié)定法麥汁。每個實驗進行3次平行。

1.3.3 焦香麥芽質(zhì)量分數(shù)配比10%的65 ℃糖化麥汁的糖化與煮沸

為獲取接近生產(chǎn)實踐的配比、糖化和煮沸條件下制得的麥汁所反映的焦香麥芽低溫焙烤過程的顏色變化，將含質(zhì)量分數(shù)10%焦香麥芽、90%基礎(chǔ)麥芽的混合麥芽333 g與1 200 mL水混合，于糖化儀中依次在48 ℃下保溫20 min、升溫至65 ℃保溫60 min、升溫至78 ℃保溫10 min。用濾布過濾，并用300 mL 78 ℃自來水洗糟。將1.35 L濾液轉(zhuǎn)至2 L不銹鋼杯中用電磁爐加熱，初沸后加入青島大花1.5 g。功率控制在1 500 W，煮沸30 min，控制終濃度12 °P。沸后10、20、30 min時分別取樣50 mL待檢。進行3次平行。

1.3.4 色度檢測

麥汁經(jīng)8 000 r/min離心15 min后，取上清液經(jīng)單層濾紙過濾后用于色度測定。用10 mm比色皿在波長430 nm處測定吸光度A乘上系數(shù)25即得麥汁色度。吸光度A>0.8的樣品需要稀釋后檢測。按ASBC的方法，焦香麥芽的色度采用質(zhì)量分數(shù)50%協(xié)定法麥芽的色度乘以2再減去基礎(chǔ)麥芽的色度得到[11,17]。

1.3.5L*a*b*值檢測

麥汁經(jīng)8 000 r/min離心15 min后，取上清液檢測。用10 mm比色皿在波長380～780 nm范圍內(nèi)間隔1 nm進行透光度掃描，帶入ASBC所提供的三色法計算器進行計算得到L*a*b*值[10,29]。色度角按公式(1)計算，色彩飽和按公式(2)計算[2,29]

色度角H*=arctanb*/a*

(1)

色彩飽和C*=(a*2+b*2)1/2

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 焙烤過程L*a*b*值和色度的變化

焙烤過程中顏色特性值變化用ASBC建議的質(zhì)量分數(shù)配比50%焦香麥芽協(xié)定法進行測定。焦香麥芽制作過程的溫濕度控制，是影響成品麥芽風味、抗氧化、泡沫和顏色特性的關(guān)鍵因素[4-5,10,17]。浸泡后麥粒的水分含量為(47.3±0.5)%，“麥粒糖化”結(jié)束時水分含量為(45.3±0.4)%，排潮結(jié)束時水份含量為(34.4±0.2)%。3個溫度焙烤對應(yīng)水份和顏色變化分別見圖1和圖2。發(fā)現(xiàn)115、120、125 ℃焙烤90、85、80 min時麥粒水分含量達到1%以下，而焙烤結(jié)束時3者均低于0.1%(圖1)。COGHE等[17]認為水份<5%才引發(fā)褐變反應(yīng)，而圖1、圖2表明10%即可引發(fā)。

圖1 焙烤時的麥粒水分變化

圖2中3個溫度顏色參數(shù)的變化趨勢相同，只是按125、120、115 ℃的順序呈現(xiàn)近似的變化。

a-L*值；b-a*值；c-b*值；d-色度值；e-H*值；f-C*值

在125、120、115 ℃焙烤過程中：L*值一直下降，分別在85、100、105 min時出現(xiàn)低值19.8、19.0、21.4，而后上升至焙烤結(jié)束時的39.1、34.5、34.0；a*值從較小的負值上升，分別在80、85、90 min時達到高值38.9、39.5、38.7，而后基本維持不變；b*值從小的正值開始上升，分別在70、75、80 min時出現(xiàn)高值88.1、87.5、88.0，而后下降至85、100、105 min的低值57.1、55.9、59.1，而后逐步上升至結(jié)束時的78.6、74.5、73.8；色度在開始時上升，分別在85、100、105 min達到高值514、549、505 EBC，而后下降至結(jié)束時的318、368、367 EBC；H*值從開始就一直下降，分別在85、100、105 min時出現(xiàn)低值57.5、57.4、58.3°，而后上升至焙烤結(jié)束時的64.9、62.7、62.8°。

將指標變化趨勢進行對比發(fā)現(xiàn)，亮度L*值與色度有較好的負相關(guān)性；由于a*值達到高值后基本不變，C*值變化模式與b*值相同；根據(jù)a*、b*值的峰值，可以判定黃色素物質(zhì)的產(chǎn)生早于紅色素物質(zhì)且強度大。黃色素物質(zhì)轉(zhuǎn)變成非黃色物質(zhì)或轉(zhuǎn)化成不溶態(tài)導(dǎo)致b*值達峰值后下降，而新黃色素物質(zhì)的產(chǎn)生又導(dǎo)致了后續(xù)的上升[11,17]。H*值較小的麥汁紅色趨勢增加，結(jié)果與李東東等[27]報道的紅色強度a*/b*值類似。

與COGHE等[10]報道的120 ℃焙烤結(jié)果相比，僅a*值趨勢相近；其報道的L*值一直呈下降趨勢，未出現(xiàn)再上升過程；b*值只見先升后降，并無后續(xù)上升[17]；焙烤過程色度一直呈上升趨勢[10,17]，最高僅為270 EBC[17]。

2.2 質(zhì)量分數(shù)配比10%的協(xié)定法麥汁L*a*b*值和色度的變化

為探明稀釋對顏色特性值變化趨勢的影響，跟蹤了質(zhì)量分數(shù)配比10%焦香麥芽協(xié)定法麥汁的顏色變化(圖3)。與質(zhì)量分數(shù)50%協(xié)定法麥汁相比，僅色度值、L*值變化趨勢相同且色度值接近倍數(shù)關(guān)系。其a*值在85、100、105 min達到高值18.2、18.7、15.3后下降至焙烤結(jié)束時的5.8、9.0、8.8；b*值在85、100、105 min達到高值77.5、78.0、73.9后一直下降至焙烤結(jié)束時的63.1、68.2、66.5；H*值、C*值趨勢與質(zhì)量分數(shù)50%配方也不相同。有趣的是，高色度10%焦香麥芽協(xié)定法麥汁的b*值高于50%焦香麥芽協(xié)定法麥汁。例如120 ℃焙烤95 min時麥芽色度為515 EBC，對應(yīng)質(zhì)量分數(shù)10%和50%配方麥汁的b*值分別是76.5、58.5，WOFFENDEN等[30]也觀察到了該現(xiàn)象。稀釋對協(xié)定法麥汁a*值、b*值的影響，可能與熱負荷引發(fā)的非酶褐變反應(yīng)造成焦香麥芽基體復(fù)雜性有關(guān)[5,10,17,30]。這一顯著差異說明，焦香麥芽配比對麥汁顏色特性的評價存在顯著影響，質(zhì)量分數(shù)10%配方協(xié)定法麥汁較ASBC建議的50%配方協(xié)定法麥汁在評價焦香麥芽顏色特性方面更具實際意義。

a-L*值；b-a*值；c-b*值；d-色度值；e-H*值；f-C*值

2.3 煮沸過程L*a*b*值和色度的變化

為了探明與實際生產(chǎn)更接近顏色特性值的變化規(guī)律，在實驗室條件下進行了質(zhì)量分數(shù)配比10%焦香麥芽配方、65 ℃糖化、30 min煮沸L*值、a*值、b*值變化跟蹤。不同焙烤溫度對應(yīng)煮沸過程L*值、a*值、b*值、EBC的變化更加趨近于相同，可能由于煮沸反應(yīng)劇烈部分掩蓋了焙烤引起的顏色差異[5]，僅呈現(xiàn)120 ℃的結(jié)果見圖4。相同配方不同煮沸時間L*值、a*值、b*值、EBC間差異不明顯，可能與檢測過程的離心造成色素損失有關(guān)，但煮沸30 min麥汁的a*值、b*值、EBC明顯高于糖化麥汁、L*值明顯低于糖化麥汁。煮沸30 min麥汁的顏色參數(shù)變化趨勢與10%協(xié)定法麥汁有一定的相似性、但不盡相同，說明除配比外，糖化煮沸等熱過程對麥汁中呈色物質(zhì)的影響也不可以忽略。120 ℃焙烤過程對應(yīng)煮沸30 min麥汁的a*值呈現(xiàn)前升后降的趨勢，即焙烤95 min達到峰值32.3，然后逐漸下降至焙烤結(jié)束時的18.7，明顯不同于質(zhì)量分數(shù)50%協(xié)定法麥汁達到峰值后穩(wěn)定的趨勢。其b*值呈現(xiàn)的先上升后趨于平穩(wěn)的趨勢，即焙烤85 min達到78.2后基本維持不變，也明顯不同于質(zhì)量分數(shù)50%協(xié)定法麥汁的先上升后下降再上升的趨勢。a*值先升后降可能是由于不同焙烤時間的紅色素穩(wěn)定性不同、焙烤時間長對應(yīng)的紅色素在煮沸條件下容易轉(zhuǎn)變成非紅色素物質(zhì)造成的；而b*值上升后趨于穩(wěn)定反映出伴隨著煮沸的進行黃色素物質(zhì)因熱反應(yīng)產(chǎn)生、增加至濃度最大后能穩(wěn)定存在。相對于其他2種協(xié)定法麥汁，質(zhì)量分數(shù)10%焦香麥芽65 ℃糖化、30 min煮沸更接近生產(chǎn)實際，所得麥汁L*a*b*值能很好地指導(dǎo)特定顏色特性啤酒焦香麥芽配方的選擇。

a-L*值；b-a*值；c-b*值；d-色度值；e-H*值；f-C*值

3 結(jié)論

CIEL*a*b*測定含質(zhì)量分數(shù)50%經(jīng)115、120、125 ℃焙烤得到的焦香麥芽協(xié)定法麥汁的顏色特性值的結(jié)果表明色度值呈峰形變化，a*值上升后持平、b*值呈先上升后下降再上升的趨勢；黃色素物質(zhì)生成早于紅色素物質(zhì)；非酶褐變啟動對應(yīng)的水分含量為10%。質(zhì)量分數(shù)10%焦香麥芽協(xié)定法麥汁的a*值、b*值的變化模式與50%配方的明顯不同，說明焦香麥芽配比對焦香麥芽的顏色特性評價存在顯著影響。質(zhì)量分數(shù)10%焦香麥芽配方65 ℃糖化麥汁的煮沸實驗表明煮沸過程增色明顯，但a*值、b*值的變化模式與50%的協(xié)定法麥汁也存在顯著差異。由于該過程與實際生產(chǎn)過程接近，所獲取的L*a*b*值信息對于指導(dǎo)特定顏色特性啤酒的焦香麥芽配方選擇有現(xiàn)實的意義。但其在煮沸過程中引入了相對強烈的熱過程，不能真實地反映焦香麥芽自身的顏色特性，建議利用生產(chǎn)常用配比10%的協(xié)定法麥汁評價焦香麥芽顏色特性。本研究為3個焙烤溫度條件下的顏色特性研究，不能用于說明其他焙烤溫度如150 ℃條件下的顏色變化規(guī)律。焦香麥芽對啤酒顏色、風味、泡沫、抗氧化性產(chǎn)生復(fù)合影響，今后需加強對特色麥芽制備和使用過程中相關(guān)指標協(xié)同變化的研究，為研發(fā)特定顏色特性的焦香麥芽及其應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。